Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Pour consulter le document d'accompagnement du mémoire, veuillez contacter le Centre de conservation Lionel-Groulx de l'Université de Montréal (prconser@bib.umontreal.ca).

Während des Anthropozäns führten zunehmende, durch Menschen verursachte Umweltveränderungen zu rasanten Übergängen von naturnahen zu neuartigen Ökosystemen. Arten die in Ökosystemen während dieser Übergänge überdauern, könnten Veränderungen ihrer Merkmale aufweisen, die sie befähigen, sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Andere Arten hingegen verschwinden aus neuartigen Ökosystemen da sie sich nicht an die rasant entstehenden neuen Umweltbedingungen anpassen können. In meiner Dissertation versuche ich anhand ausgewählter Insekten-Arten zu verstehen, welche Merkmale es Arten ermöglichen in Zeiten rasanter, von Menschen verursachter Umweltveränderungen zu überdauern. Hierzu untersuche ich, stellvertretend für die Fähigkeit der Adaption, morphologische und biochemische Merkmale von Arten aus der Region Berlin/Brandenburg in Deutschland. Diese Region ist durch zunehmende Urbanisierung und Landnutzung für den Ackerbau innerhalb der letzten 150 Jahre gekennzeichnet. Für rückblickende Analysen entlang eines raumzeitlichen Gradienten untersuchte ich Sammlungsexemplare aus Naturkundemuseen die durch neu gesammelte Exemplare erweitert wurden. In Paper 1 untersuche ich in der Nachtfalterart Agrotis exclamationis Veränderungen von Merkmalen, die ein Verhalten begünstigen vom Licht angezogen zu werden, als Antwort auf die Zunahme künstlicher Lichtquellen in der Nacht in einer Region über die letzten 137 Jahre. Für diese Analysen verwende ich zurückwirkende Radianz-Werte basierend auf Satellitendaten der Jahre 2012 bis 2019. Entlang des räumlichen Gradienten konnte ich keine Merkmalsveränderungen nachweisen. Allerdings konnte ich Veränderungen der Körpergrößen und in Weibchen Veränderungen der Augengrößen über die Zeit nachweisen. Beide Veränderungen sind jedoch nicht direkt auf zunehmendes künstliches Licht in der Nacht zurückzuführen. Ich diskutiere den indirekten Einfluss künstlichen Lichts in der Nacht auf die nachgewiesenen Merkmalsveränderungen als Verstärkung der Habitat Fragmentierung sowie einer Beeinflussung der Sicht von Weibchen auf deren Wirtspflanzen. Allerdings konnte ich zeigen, dass in Weibchen ein Trend zwischen kleineren Augen und zunehmenden künstlichem Licht in der Nacht über die Zeit zu erkennen ist. Dies könnte auf einen ersten Hinweis hindeuten, dass morphologische Merkmalsveränderugen als Antwort auf zunehmendes künstliches Licht in der Nacht bereits stattfinden. In Paper 2 untersuche ich ob zunehmende Urbanisierung und Landnutzung für den Ackerbau über die letzten 125 Jahre sowie zwischen beiden Landnutzungstypen einen Einfluss auf die Körpergrößen und Biochemie zweier Laufkäferarten, Harpalus affinis und Harpalus rufipes, hat. Ich konnte keine raumzeitlichen Veränderung der Körpergrößen in Weibchen beider Arten nachweisen, allerdings eine Abnahme der Körpergröße in männlichen H. rufipes in der Stadt über die Zeit, wohingegen deren Körpergrößen im ländlichen Raum über die gleiche Zeit konstant blieben. Ich diskutiere diese Ergebnisse als ein Resultat verschiedener Aktivitätstypen beider Arten. Die bioschemischen Untersuchungen zeigen, dass der intensivierte Einsatz von Düngemitteln einen Einfluss auf die Biochemie derer Käfer hat, die in Ackerlandschaften vorkommen. Dies zeigt sich in meist höheren Anreicherungen stabiler Stickstoff-Isotopen in deren Geweben im Vergleich zu Käfern die im urbanen Raum leben. Allerdings konnte ich zeigen, dass einige urbane Habitate einen ähnlich hohen Stickstoffgehalt wie Ackerlandschaften aufzuweisen scheinen, was sich in den Geweben der dort lebenden Käfer wiederspiegelt und auf eine hohe Heterogenität urbaner Habitate hinweist. In meiner 3. Publikation untersuche ich die Auswirkungen der durch Menschen verursachte Umweltveränderungen auf Farbmorph-Häufigkeiten der Laufkäferart Harpalus affinis zwischen urbanen und ländlichen Regionen über die letzten 125 Jahre. Ich konnte einen Sexualdichromatismus nachweisen sowie generell konstant bleibende Farbmorphen entlang der raum-zeitlichen Gradienten in Männchen und Weibchen, außer in den Weibchen die im urbanen Raum über die Zeit untersucht wurden. Hierbei war in Zeiten mit hoher städtischer Luftverschmutzung durch Ruß die bronze Farbmorphe der Weibchen in höhere Abundanz vertreten, wohingegen die grüne Farbmorphe mit abnehmender Luftverschmutzung im Laufe der Zeit an Häufigkeit zunahmen. Ich interpretiere diese Ergebnisse als ein Resultat der natürlichen Selektion der jeweils am wenigsten für Prädatoren auffälligen Farbmorphe in der entsprechenden Zeit. Das Fehlen einer Änderung der Farbmorph-Häufigkeit bei den Männchen interpretiere ich hingegen als Ergebnis der sexuellen Selektion. In meinen Untersuchungen konnte ich zeigen, dass rasante, von Menschen verursachte Umweltveränderungen morphologische und bioschemische Merkmalsveränderungen in Arten, die in veränderten Lebensräumen überdauern, verursachen können. Allerdings sind diese Merkmalsveränderungen abhängig von der jeweiligen Art, deren Aktivitätstyp und Geschlecht. Zusätzlich konnte ich zeigen, dass manche Merkmalsveränderungen derzeit nicht klar nachweisbar sind aufgrund der relativ kurzen Zeit in der durch Menschen verursachte Umweltveränderungen stattfinden. / During the Anthropocene increasing human induced environmental changes have led to rapid transitions from natural to novel ecosystems. Species that persist during this transition process may respond to these new conditions by altering their traits. This may enable some species to persist where others disappear due to their lack of adaptability to these new conditions. In this thesis, I aim to understand what enable selected insect species to persist during human induced rapid environmental changes. I use morphology and biochemistry as a proxy for species’ adaptations in the German Berlin-Brandenburg area, an area that is characterized by increasing urbanisation and agricultural land-use over the past 150 years. For retrospective analyses over a spatio-temporal gradient, I examined voucher specimens from natural history museums combined with newly collected specimens. In paper 1, I examine changes in flight-to-light dependent traits in the moth species Agrotis exclamationis in response to increasing artificial night light in the same region over the past 137 years. For these analyses I use retrospective radiance values based on satellite data from the years 2012 to 2019. Along the spatial gradient I could not find any trait changes. However, I verified changes in body size and females’ eye-size over time, although this was not directly related to artificial night light. I suggest that artificial night light influences trait changes indirectly by reinforcing habitat fragmentation and influencing females’ sighting of hostplants. However, I could show a trend between smaller eyed females and increasing artificial night light over time. This provides, the first evidence that morphological trait changes in response to increasing artificial night light might already taking place. In the second paper I investigate if increasing urbanisation and land-use for agriculture across space and time (the past 125 years) have an influence on body size and biochemistry in two ground beetle species, Harpalus affinis and Harpalus rufipes. I found no spatio-temporal changes in both species’ female body size but identified a decrease in male H. rufipes’ body size in the city, whereas their sizes stayed constant in rural areas over time. I discuss different activity pattern of both species as the reason for these findings. The biochemical examinations show that intense application of fertilizer influences the biochemistry of specimens living in agricultural habitats. This, results in stable nitrogen isotope signatures in their tissues that are mostly higher than those living in urban habitats. However, I show that some urban habitats might be equally enriched with nitrogen (as reflected in the specimens’ tissues), indicating the heterogeneity of urban habitats. In paper 3, I investigate the effects of human induced environmental changes on the frequency of colour change in the ground beetle species Harpalus affinis between urban and rural habitats over the past 125 years. I found sexual dichromatism, and similar colour morphs between males and females over time, with the exception of females examined from urban regions. In this case, bronze colour morphs in females were more abundant in times with high levels of soot pollution in the city, whereas green colour morphs became more dominant with decreasing levels of soot pollution over time. I interpret this finding to be driven by natural selection of the less cryptic colour morph during the respective time period, whereas the lack of any change in colour morph frequencies in males is likely the result of sexual selection. These studies show that rapid human induced environmental changes are triggering morphological and biochemical trait changes in species that persist in altered habitats across space and time. However, these trait changes are dependent on the species, their activity pattern and sexes. Additionally, I show that some trait changes are not clearly verifiable at present due to the relatively short timeframe in which human induced environmental changes are taking place.

"Cette thèse a pour objectif général de montrer que les alternances phonologiques sont causées par des contraintes et, plus précisément, par des violations de contraintes, lesquelles doivent être réparées. La réparation de ces violations provoque des alternances, dont l’alternance C/0 (ex.: sort/sortent [sor-sort], dort/dorment [dor- dorm]). Plus précisément, cette thèse veut montrer qu’une analyse effectuée dans le cadre de la théorie des contraintes et des stratégies de réparation (TCSR), combinée à la notion de consonnes flottantes (CF), peut rendre compte de l’alternance C/0 dans la morphologie verbale du français de manière plus simple et plus explicative que les traitements antérieurs. Non seulement ce type d’analyse a l’avantage de recourir à des principes généraux et à un nombre très réduit de règles, mais il permet aussi de saisir des généralisations phonologiques et morphologiques importantes dont ne pouvaient rendre compte simplement les analyses linéaires antérieures." / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

Le système de correction des mésappariements (MMR) des eucaryotes est responsable de la correction des erreurs de réplication de l'ADN et intervient dans la recombinaison méiotique. AtPMS1, un gène du MMR chez Arabidopsis thaliana, est impliqué dans la correction des mésappariements, mais son rôle méiotique n’a pas encore été déterminé. Nous avons caractérisé deux lignées mutantes pour le gène AtPMS1. Une lignée présente une morphologie florale aberrante qui est probablement indépendante de l’inactivation d’AtPMS1 mais serait plutôt attribuable à un phénomène de cosuppression. La seconde lignée présente plusieurs phénotypes vraisemblablement causés par l'inactivation d’AtPMS1 : une baisse de fécondité de 65 à 80 %, une ségrégation biaisée de l'allèle mutant et des anomalies cytogénétiques chez 16 % des microsporocytes (fragmentation et ségrégation anormale des chromosomes). Le biais de ségrégation n’a encore jamais été observé chez les autres eucaryotes et semble particulier aux homologues de MutL chez A. thaliana ou chez les plantes. / The eukaryotic DNA mismatch repair system (MMR) is responsible for the repair of replication errors, and plays a role in genetic recombination. AtPMS1, a MMR gene from Arabidopsis thaliana, has already been shown to play a role in DNA repair but its involvement in meiosis has yet to be examined. We characterised two lines of insertional mutants at AtPMS1. A first mutant line has abnormal flowers, which is probably a phenotype unrelated to the loss of AtPMS1 activity but rather caused by cosuppression. The second mutant line shows many phenotypes, likely linked to AtPMS1 inactivation: a 65 to 80% reduction in seed production, an abnormal segregation of the mutant allele and cytogenetic abnormalities in 16% of the microsporocytes (chromosome fragmentation and missegregation). The observed bias in segregation as not been observed in other eukaryotes, and seems to be a particularity of MutL homologues in Arabidopsis or plants as a whole.

Cette étude vise à caractériser les proportions de bois d’aubier et de duramen chez le bouleau à papier (Betula papyrifera Marsh.) en relation avec les caractéristiques du feuillage, de la cime et de l’arbre. Les résultats indiquent que la proportion d’aubier est significativement reliée au feuillage, selon la théorie du modèle tubulaire. D’autre part, la probabilité de présence de duramen à hauteur de souche est plus élevée pour des arbres à fort défilement. Les proportions d’aubier et de duramen sont également dépendantes de l’âge de l’arbre. En outre, le développement vertical du duramen à l’intérieur de la tige semble être affecté par l’effet d’empattement et par la base de la cime vivante. Le duramen présente une valeur maximale à une hauteur relative de 9% et décroît par la suite. Finalement, la quasi-totalité du volume de duramen est située sous la base de la cime vivante. / This study aims to characterize sapwood and heartwood proportions in White Birch (Betula papyrifera Marsh.) in relation with foliage, crown and stem characteristics. The results indicate that sapwood proportion is significantly related to foliage following the pipe model theory. Furthermore, the probability of heartwood presence at stump height is higher for trees with high stem taper. Sapwood and heartwood proportions are also tree age dependant. In addition, the vertical development of heartwood within the stem seems to be affected by the stump effect and by the live crown base. Heartwood shows a maximum value at 9% relative tree height and decreases afterwards. Finally, almost all the heartwood volume is located under the live crown base.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017. / L’accumulation excessive de gras viscéral est un marqueur majeur des altérations cardiométaboliques associées à l’obésité, telles que les dyslipidémies, la résistance à l’insuline et l’inflammation chronique de faible intensité. À l’inverse, pour un même niveau d’adiposité, l’accumulation préférentielle de tissu sous-cutané semble conférer un effet neutre, voire protecteur. Plusieurs mécanismes peuvent contribuer à l’apparition de l’obésité viscérale et à sa relation avec les facteurs de risque cardiométabolique. L’objectif général de ce mémoire est d’examiner la contribution de l’alimentation et de la morphologie des adipocytes à la physiopathologie de l’obésité viscérale chez l’humain. Pour atteindre cet objectif, nous avons d’abord effectué une revue de la littérature sur la modulation de la distribution des graisses par les composants nutritionnels. Cette étude a révélé que l’effet des nutriments sur la distribution des graisses survenait en grande partie via son effet sur la masse grasse totale. Nous avons ensuite réalisé une analyse critique de la littérature sur l’hypertrophie adipocytaire comme un marqueur de la dysfonction du tissu adipeux. Cette étude a confirmé que la taille adipocytaire des dépôts sous-cutané et viscéral est un excellent prédicteur des altérations du profil lipidique et de l’homéostasie du glucose et de l’insuline, indépendamment des mesures d’adiposité totale. Nous avons également constaté que chaque technique de mesure de la taille adipocytaire générait des résultats variables, et ce, sur tout l’intervalle des valeurs d’indice de masse corporelle. Enfin, dans une étude originale visant à comparer trois techniques de mesure de la taille adipocytaire, nous avons démontré que le choix d’une technique n’influençait pas de manière prononcée les associations entre la taille adipocytaire et les facteurs de risque cardiométabolique ainsi que les associations avec les différentes mesures d’adiposité, régionales ou totales. En conclusion, l’hypertrophie de l’adipocyte viscéral humain est une mesure importante dans l’évaluation du risque associé à l’obésité. / Excess accumulation of visceral fat is a major marker of the cardiometabolic alterations associated with obesity such as dyslipidemia, insulin resistance and chronic low-grade inflammation. Conversely, for the same level of adiposity, preferential accumulation of subcutaneous adipose tissue has a neutral or protective effect. Several factors may contribute to the development of visceral adiposity and its relationship with cardiometabolic risk factors. The general objective of this master thesis is to examine the contribution of diet and the morphology of adipocytes in the pathophysiology of visceral obesity in humans. To achieve this goal, we first conducted a literature analysis on the modulation of fat distribution by nutritional components. This analysis revealed that the effect of nutrients on body fat distribution was mediated in large part by its effect on total fat accumulation. Second, we conducted a critical review of the literature on adipocyte hypertrophy as a marker of adipose tissue dysfunction. This study confirmed that adipocyte size of both subcutaneous and visceral depots is a strong predictor of alterations in the lipid profile and in glucose-insulin homeostasis, independently of adiposity. We also found that each of the measurement techniques for fat cell sizing generated variable results on the entire range of body mass index values. Third, in an original study aimed at comparing three measurement methods for cell sizing, we reported that the choice of technique had little impact on the associations between adipocyte size and cardiometabolic risk factors as well as the various adiposity indices, regional or total. In conclusion, human visceral adipocyte hypertrophy is an important measure to evaluate the risk associated with obesity.

L’analyse de données de transcriptomique par le biais du séquençage d’ARN messagers (RNAseq) offre une perspective globale de la régulation de l’expression génique au cours d’un évènement biologique. Dans cette thèse, nous avons exploité cette technique dans le but de comprendre les mécanismes moléculaires qui régulent la transition morphologique réversible levure-mycélium qui est une caractéristique souvent liée au pouvoir pathogène chez les champignons. Dans un premier temps, par le biais de comparaisons de données de transcriptomique entre sept espèces fongiques dimorphiques, nous avons observé une certaine conservation des processus biologiques associés au changement de morphologie chez des champignons issus de branches très éloignées de l’arbre phylogénétique fongique. Dans un second temps, nous nous sommes concentrée sur notre modèle d’étude principal, Ophiostoma novo-ulmi, le champignon pathogène responsable de la maladie hollandaise de l’orme. Par l’analyse comparée des gènes exprimés en phases levure et mycélienne, nous avons défini les facteurs moléculaires qui sont spécifiques à chacune des phases chez O. novo-ulmi et établi une distinction claire entre les deux phases d’un point de vue du contenu en gènes exprimés. Par la suite, nous avons affiné notre étude en nous focalisant sur l’évènement de transition levure-mycélium afin déterminer les gènes dont l’expression était modulée au cours du temps dans le processus de changement morphologique. Nous avons mis en évidence plusieurs facteurs potentiellement impliqués dans la transition, notamment des gènes liés à la cascade de phosphorylation des MAPKs, connues pour jouer un rôle clé dans le dimorphisme chez plusieurs espèces fongiques. Finalement, dans le but d’évaluer plus précisément le niveau de conservation des processus biologiques liés au dimorphisme chez des espèces non modèles éloignées, nous avons comparé la régulation de l’expression génique au niveau des gènes orthologues entre O. novo-ulmi et l’espèce basidiomycète, Pseudozyma flocculosa. Nous nous sommes concentrée sur les gènes qui étaient différentiellement exprimés entre les phases de germination et de filamentation. Dans l’ensemble, les processus associés aux gènes pour lesquels la régulation de l’expression est conservée chez les deux espèces portent sur des fonctions essentielles du développement fongique. Ainsi, cette comparaison a permis de définir ce qui semble constituer la « base minimale » génique commune nécessaire à la transition asexuée levure-mycélium chez des espèces phylogénétiquement éloignées. / Large-scale transcriptomic analyses via messenger RNA sequencing (RNAseq) give access to the information on expression regulation of all the genes present in a sample at a given time and in a given experimental condition. In this thesis, we took advantage of this technology in order to investigate the molecular mechanisms that regulate the reversible yeast-to-hypha morphological switch which is a characteristic often linked to virulence in fungal pathogens. To begin with, we compared transcriptomic data among seven dimorphic fungi and found conserved biological processes associated with the morphological switch among species from very distant branches of the fungal phylogenetic tree. Later, we focused on our model species, Ophiostoma novo-ulmi, the causal agent of Dutch elm disease. We first compared the gene expression levels in yeast and mycelium growth phases. We defined the molecular factors that are specific to each growth phase and highlighted a clear molecular distinction between the two phases in terms of expressed gene contents. We further narrowed down our analysis by focusing on the yeast-to-hypha transition in a time course experiment. We determined the set of genes for which the expression was regulated during the morphological switch, thus potentially involved in the yeast-to-hypha transition. In particular, we identified genes that could be related to the MAPK cascade, known to play a crucial role in the dimorphic switch in many fungal species. Finally, in order to address the level of conservation in the biological processes linked to dimorphism in highly divergent non-model species, we compared the gene expression regulation of the orthologous genes between O. novo-ulmi and the basidiomycete Pseudozyma flocculosa. We focused on the genes that were differentially expressed between the germination and the filamentation phases. We identified several factors for which the regulation of expression seems conserved during the switch from germinating spore to filamentous growth. Overall, these genes are associated with biological processes that play essential roles in fungal development. Hence, our comparison here highlighted core components necessary for the yeast-to-hypha transition in phylogenetically distant species.

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Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Au cours du développement du système nerveux, l'activité des cibles post-synaptiques permet le raffinement du nombre et de la force des connexions neuronales. En employant la jonction neuromusculaire de Caenorhabditis elegans comme système modèle, nous avons étudié deux aspects de la mise en place de ces connexions. D'une part, nous montrons que le nombre de récepteurs présents à la jonction neuromusculaire est contrôlé par l'activité musculaire : une augmentation de l'activation synaptique entraîne une régulation différentielle des trois types de récepteurs présents à la jonction neuromusculaire. D'autre part, nous avons étudié les changements de la morphologie de certains motoneurones de la tête du ver, appelés neurones SAB, en fonction de l’activité musculaire. Une diminution de l’activité musculaire durant une période critique du développement entraîne une surcroissance axonale des neurones SAB. À travers différentes approches, nous avons pu identifier la suppression de la surcroissance axonale dans des mutants où la biosynthèse des neuropeptides est perturbée. Enfin, nous avons mis en évidence que la surcroissance axonale apparait également lors de perturbations plus générales de la physiologie cellulaire, telles qu'un choc thermique ou la surexpression d'un transgène, ce qui suggère que le système SAB est plastique et particulièrement sensible au cours du développement / Throughout nervous system development, activity of the post-synaptic targets can regulate the connectivity of neural networks, affecting both the number and strength of synapses. Using the neuromuscular junction of Caenorhabditis elegans as a model system, we studied two processes displaying such plasticity. First, we show that the number of receptors present at the neuromuscular synapse is regulated by muscle activity: an increase in synaptic activity can lead to a differential regulation of the three types of receptors present at the neuromuscular junction. Second, we studied the activity-dependent morphological changes of one type of motor neurons in the worm’s head, called the SAB neurons. A decrease of muscle activity during a critical developmental phase leads to SAB axonal overgrowth. Using several approaches, we were able to observe suppression of SAB axonal overgrowth in mutants with a disruption of neuropeptides biosynthesis. Finally, we give evidence that axonal overgrowth also occurs following more general disruptions of cell physiology, such as a heat-shock or transgene overexpression, which suggest that the SAB system is plastic and sensitive during development